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砂磨机研磨漆浆的最佳组成探讨

2020-10-14 16:14:43    来源:    浏览次数:
通过对各种常用的颜料及填料的丹尼尔流动点的测定, 确定色漆生产过程中, 各种常用颜料或填料的最佳研磨漆浆组成。在这些数据的基础上, 进一步归纳总结出简单实用的“三角坐标图”。在色漆生产过程中, 研磨漆浆时, 根据此三角坐标图, 可以快速确定各种体系中, 树脂、颜填料及溶剂之间的比例关系, 而不再需要进行繁琐的试验来确定漆浆组成。实践证明,按此方法确定的色漆研磨漆浆组成, 颜填料容易分散, 生产效率高, 对实际生产有积极的指导意义。

我们日常所见的涂料, 具体到每一个品种, 花色, 都有一个详细的配方。配方规定了各原材料的名称、规格, 以及在配方里所占的质量百分数等。这个配方我们叫做标准配方。但是, 在涂料的制作过程中, 特别是需要研磨的色漆, 我们是不能直接按照标准配方来进行漆浆研磨的, 必须将其转化为合理的工艺配方。整个配方的物料由研磨漆浆, 加上调漆添加物料共同组成。对于不同的色漆品种, 怎样的物料比例是最佳的研磨漆浆组成, 可以达到最好的生产效率, 是我们要讨论的主要内容。
 
1 合理的研磨漆浆的意义
前面说过, 色漆生产过程中, 标准配方不能直接用来研磨漆浆。原因有以下两个方面。首先, 在具体的生产过程中, 不同的生产规模和不同的设备大小, 都会要将实际操作批次的投料量在标准配方的基础上扩大一定的倍数。再者, 在色漆生产过程中, 要想在最短的时间里达到最好的分散细度, 在颜料和研磨设备已定的情况下, 不同的研磨漆浆组成, 效果是有很大差别的。比如, 在同一台研磨机上, 研磨颜料含量高的漆浆,比研磨颜料含量低的漆浆, 效率要高得多。这是因为, 首先,研磨漆浆中, 颜料含量要达到一定的浓度, 颜料粒子间的剪切、撞击、摩擦力度, 才会达到比较好的效果, 从而容易解絮凝, 达到细度要求; 其次, 在分散合格的漆浆中, 如果颜料含量高, 就可以加入较大量的其它组分(漆料, 溶剂等), 得到较多的成品。因此, 在色漆生产时, 通常是将全部的颜料和部分漆料、部分溶剂和要求在研磨阶段加入的助剂(如分散剂、润湿剂、防沉剂等)一起加入配料缸, 经过预混合和研磨分散,制得研磨漆浆, 而在调漆阶段再向合格的研磨漆浆中加入余下的漆料、溶剂和要求在调漆阶段加入的助剂。这就是说, 在色漆生产时, 需要依据标准配方规定, 首先将加料数量扩大一定的倍数, 使其符合设备大小及生产实际需求; 同时, 还要将扩大后的原料分成研磨漆料加料品种和数量, 调色阶段加料品种和数量两部分。
 
2 砂磨机研磨漆浆的组成
研磨漆浆的设备, 主要包括高速分散机、砂磨机、三辊机等。本文在此只讨论作为涂料行业的主流研磨设备—砂磨机的研磨漆浆组成。
 
2. 1 丹尼尔流动点确定研磨漆浆组成
在研究研磨漆浆组成方面, 前人做了大量卓有成效的工作。1946 年, 丹尼尔(Danniel)提出通过测定颜料流动点的方法, 确定砂磨机的研磨漆浆的最适宜组成。该方法操作时比较繁琐, 但其结果还是比较实用的。丹尼尔流动点的理论依据及操作———砂磨机属于混合式研磨分散设备, 其研磨漆浆的组成, 通常是由低粘度的漆料和低颜料体积分数的漆浆组成。漆料加入颜料形成的研磨漆浆应是一种塑性流动状态, 而又希望其中颜料含量相对最高。丹尼尔流动点正是基于这种考虑, 在传统的吸油量的测定方法的基础上发展起来的。因此, 其也属于经验测定方法。测定时, 是向一定数量的颜料中连续滴加一定固体含量的树脂溶液, 并不断用油漆调墨刀进行捏合。开始颜料处于松散粉末状态, 当滴加到某一数量的树脂溶液后, 颜料被漆料粘结成一个紧密的球体, 且无多余的树脂溶液存在, 此点即为丹尼尔流动点测定的第一个阶段点——— “球点” (ball point)。该点类似于颜料的吸油量测定的终点。到达球点后, 再继续向其中滴加树脂溶液,则会有游离的液体存在, 漆浆开始向液体过渡。继续连续而快速滴加树脂溶液, 并不断用调墨刀搅匀的同时, 不时以调墨刀挑起漆浆, 并将调墨刀与水平夹角呈45°, 令漆浆自由滑落。当达到某一点, 沿调墨刀滴下的漆浆在滴一段时间后又缩回来, 回弹到调墨刀尖部, 此即为丹尼尔流动点测定的终点, 称作“弹性回缩店”, 即丹尼尔流动点(flow point). 其物理意义是, 此时的漆浆组成达到了塑形流动状态, 而其中颜料含量又最高, 以此漆浆进行研磨时分散效率最高。此即为丹尼尔流动点的理论依据。

2. 2 “三角坐标图” 确定研磨漆浆组成[5]
丹尼尔流动点的方法, 虽然比较准确且实用, 但操作起来还是比较繁琐。于是, 后来的涂料研究者们又在其基础上, 发展出了“砂磨机研磨漆浆组成的实用配方区域图”, 简称三角坐标图, 以简捷快速的方法来确定砂磨机漆浆的组成。如图1所示。
砂磨机研究磨漆浆组成三角坐标图
图1 为一正三角形, 三角形左边斜边表示研磨漆浆中颜料的质量百分含量; 右边的斜边表示研磨漆浆中溶剂的质量百分含量; 底边有两个作用, 一是表示研磨漆浆中100% 固体树脂的质量百分含量, 二是表示研磨漆浆中漆料的固体含量。三角形中有11 个区域, 标出了11 类颜料在图中的位置。之所以讲是11 类, 主要是因为其包括的具体颜料品种不止11 种。如区域11, 包括了柠檬黄、浅铬黄、中铬黄、深铬黄、钼铬橙、铬绿等多个颜色。区域8 及区域10 的填料也不止一种。因此, 该图适应的范围还是比较宽的。
三角形中有四种线, 线1 和三角形底边平行, 与左斜边相交; 线2 和三角形左斜边平行, 与右斜边相交; 线3 和右斜边平行, 与底边相交; 线4 由三角形顶点出发, 与底边相交。下面, 我们以“三角坐标图” 中区域7 的铁红颜料为例,说明一下使用“三角坐标图” 确定砂磨机研磨漆浆组成的方法。
(1)过7 号区域之中点(之所以取中点是为了叙述方便),做一条直线与线1 相平行, 并和三角形左斜边相交于一点, 读取读数为“46”, 它表示在100 份(质量)研磨漆浆中, 氧化铁红占46 份(质量);
(2)过7 号区域之中点, 做一直线和线2 相平行, 并和三角形右斜边交于一点, 读取读数为“34”, 它表示在100 份(质量)研磨漆浆中, 溶剂占34 份(质量);
(3)过7 号区域之中点, 做一直线和线3 相平行, 并和三角形底边交于一点, 读取读数为“20”, 它表示在100 份(质量)研磨漆浆中, 100%固体含量的树脂占20 份(质量);
(4)连接三角形顶点和7 号区域之中点, 做一条直线, 向三角形底边方向延长并和底边交于一点, 读取读数为“37”,它表示以上述100% 固体树脂(20 份质量)与溶剂(34 份质量)混合而成的漆料固体含量为37%。由此, 我们便可以容易地求出, 对氧化铁红而言, 砂磨机研磨的研磨漆浆的适宜组成应(见表1)。
铁红醇酸漆的研磨漆浆组成
研磨漆浆中漆料的固体含量仍为37%。综上所述, 不难看出, 运用“三角坐标图” 确定砂磨机的研磨漆浆组成是十分简捷的。实验证明其结果也是较准确的。仍以氧化铁红为例, 用50%固含的醇酸树脂来进行砂磨机研磨, 依据此三角坐标图确定如上述漆浆组成, 测得实际研磨效率如表3 所示。

可以看出, 以此图确定的砂磨机研磨漆浆, 实际研磨效果还是很好的, 氧化铁红醇酸漆浆, 砂磨机研磨一道细度可达到20 ~25 μm, 研磨两道细度即可到10 μm 以下, 且漆浆流动性很好, 粘度也合适。表4 是经过三角坐标图中各区域的中点, 依照以上程序求出的各种颜料砂磨机研磨漆浆的配方组成。
砂磨机研主楚雄漆浆的配方组成
这里需要说明的是, 在“三角坐标图” 中, 每一种颜料都给出了一个区域, 这是为了广泛适用于不同漆料而设计的。对于某种具体漆料, 则需在区域内确定某一点, 再进行以上的图解, 取出相应的数值。实验证明, 各区域的中点基本适合于“中油度醇酸树脂”, 而对于天然树脂漆料、长油度醇酸树脂漆料, 这些湿润性能较强的漆料, 宜选择区域中偏上方的位置。相反, 对于环氧树脂、丙烯酸树脂漆料, 这些湿润性稍差的漆料, 宜选择区域偏下方的区域。
无论如何, 依选出来的图解点(相当于以7 号区域讲述的“中点”), 由“三角坐标图” 中读取的研磨漆浆组成的结果,都需用实验予以验证。为使计算出的研磨漆浆组成比较准确实用, 建议可以多选几个点进行读数, 并以实验证明其准确性。这样, 就能准确地计算出砂磨机研磨漆浆的适宜组成了。
3 结 论
笔者本人根据此三角坐标图, 配制了常见的一系列颜料的研磨漆浆, 并上砂磨机进行实际研磨。结果证明, 按此方法确定的研磨漆浆组成, 颜料容易分散, 生产效率高, 对实际生产具有积极的指导意义。

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